断路器中的电磁脱扣装置 【技术领域】
本发明涉及断路器中的电磁脱扣装置，它可供自动断路器、接地泄漏断路器等使用。
背景技术
首先，利用上述的自动断路器作为例子，涉及本发明实施例主题的断路器的结构如图3所示。在该图中，标号1表示断路器壳体，标号2表示电源接线端，标号3表示固定触头，标号4表示活动触头，标号5表示触头开/关机构，标号6表示开/关操作手柄，标号7表示过电流脱扣装置的电磁体单元，标号8表示与电磁体单元7形成连接的脱扣横杆，标号9表示在触头开/关机构4和脱扣横杆8之间形成连接的闩锁接受器，以及标号10表示一载荷接线端，而电磁体单元7的电磁线圈11装配在载荷接线端10和活动触头4之间，然后与主电路连接。
此外，如图4所示，上述电磁体单元7包括：一电磁线圈11；一插入电磁线圈11并具有向下取向的接触端片12a的油缓冲型线圈铁芯12；一L型轭13；一可摆动地铰接在轭13下端的摇杆式衔铁14；以及一从衔铁14的后端向轭13的后面弯曲成L型的操作臂14a；在这些零件被组装在单元壳体15中之后，它们被安装在图3中的断路器壳体1里。
这种断路器地动作是众所周知的。在附图所示的ON状态时，主电路电流从电源接线端2通过固定触头3、活动触头4、电磁体单元7的电磁线圈11流向负载侧。此时，将操作手柄6向下推至OFF位置，开/关机构5使活动触头4移到OFF位置。接着，当过电流在主电路里流过时，由于电磁体单元7的吸引动作，衔铁14被吸至接触端片12a上，设置在衔铁14上的操作臂14a摆动至与图3所示的脱扣横杆8的脱扣臂8a邻接，从而释放脱扣横杆8与闩锁接受器9之间的连接。结果，触头开/关机构5执行脱扣动作，使活动触头4脱离、从而切断主电路电流。
接着，参考图5(a)至5(d)描述在电磁体单元7的上述吸引动作过程中衔铁14和脱扣横杆8之间的连接动作。首先，图5(a)显示了一种稳定状态，其中，断路器处于OFF状态或额定电流流过主电路，而电磁体单元7的衔铁14受到返回弹簧16的弹力而返回到与接触端片12a隔开(间隙长度g)的位置上。此外，在该稳定状态中，在从衔铁14的后端向上延伸的操作臂14a和面向操作臂14a且从脱扣横杆8向下突伸的脱扣臂8a之间形成间隔，而闩锁接受器9的连接片9a与脱扣横杆8上的卡爪8b邻接并保持在该位置上。脱扣横杆8通过一返回弹簧(图中未画出)被弹性偏压在附图所示的等待位置上，而闩锁接受器9沿逆时针方向被弹性偏压，其上端构成摆动支点。
另一方面，当一过电流在电磁体单元7的电磁线圈11里流过时，由于电磁体吸引力而使衔铁14被吸向接触端片12a，如图5(b)和5(c)所示，而与此运动对应，操作臂14a沿逆时针方向摆动，而铰接点O作为支点，这样，操作臂14a的臂端碰撞脱扣横杆8的脱扣臂8a，从而沿顺时针方向推动脱扣横杆8。脱扣臂8a与操作臂14a端部的碰撞处的接触力点(力的作用点)用符号P表示。经过图5(c)所示的状态，当衔铁14呈现与接触端片12a吸附的状态时，如图5所示，闩锁接受器9的连接片9a和脱扣横杆8的卡爪8b之间的连接结束，而闩锁接受器9由于偏压弹簧的作用沿逆时针方向摆动，从而释放触头开/关机构的闩锁。结果，开/关机构执行脱扣动作，而活动触头4脱离，从而切断主电路电流。
在这点上，在促进断路器的小型化和降低电能消耗方面，当使用一小型的、小容量电磁体取代占用一大空间的电磁体时，上述现有技术中使用的电磁脱扣装置将产生一个问题，即断路器的脱扣动作将变得如下所述那样地不稳定。
换句话说，在图2的特性曲线图(它基于本发明人和其它人所作的实际测试的数据)中，A表示当200％的过电流在一大的额定容量电磁体(330AT)里流动时的吸引力特性曲线，而B表示当200％的过电流在一小的额定容量电磁体(200AT)里流动时的吸引力特性曲线。如已众所周知的，电磁体的吸引力与衔铁和接触端片之间的间隙长度g(图5(a))的二倍成反比。
因此，对于图5中的电磁脱扣装置来说，当脱扣横杆8由于电磁体单元7的吸引力而从等待位置驱动到释放位置时，载荷量当作自弹簧偏压的闩锁接受器9和脱扣横杆8，通过脱扣臂8a和与脱扣臂8a的端部(在接触力点P处)邻接的操作臂14a作用在衔铁14上的一个转矩，载荷量(反抗电磁体的磁吸引力并使衔铁离开接触端片的力)具有用符号C表示的特性曲线。此外，在这个例子里，衔铁的返回弹簧16也作为一载荷量(5g)。
这样，如果使用大额定容量的电磁体作为电磁体单元7，吸引力(特性曲线A)大于衔铁的载荷量(特性曲线C)，这意味着脱扣横杆8可被驱动至释放位置而没有困难。因此，当为了支持和促进断路器如上所述那样小型化而使用一小额定容量电磁体时，其吸引力特性曲线B和衔铁的载荷量特性曲线C在区域C1(在图中用斜线表示)处相交(对应于图5(b)中的状态)，在该区域，衔铁的载荷量超过电磁体的吸引力。因此，有时候电磁体的衔铁会悬置在该位置上，如不进一步推动脱扣横杆的脱扣臂，断路器的脱扣不可能获得。
因此，当使用具有传统结构的电磁脱扣装置时，在电磁体单元里使用小型的、小容量的电磁体、以便使断路器小型化是有问题的。
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种断路器中的已改进的电磁脱扣装置，当利用电磁体单元的吸引动作而驱动脱扣横杆时，作为作用在电磁体的衔铁上的反作用力的载荷(功)被重配置，以图与电磁体的吸引力特性曲线相一致，有效地产生具有小额定容量的电磁体的吸引力，从而可执行一稳定的脱扣动作。
【发明内容】
为了达到上述目的，按照本发明，提供一种断路器的电磁脱扣装置，它在检测到主电路里的过电流时工作，通过一脱扣横杆和一闩锁接受器使主电路触头的开/关机构执行脱扣动作，其中，设置在检测到过电流时执行吸引动作的电磁体单元里的摇杆式衔铁上的操作臂和设置在脱扣横杆上的脱扣臂互相面对，在电磁体单元动作过程中接受该吸引力，与衔铁一起摆动的操作臂推动脱扣横杆的脱扣臂，从而释放闩锁接受器，使开/关机构执行一脱扣动作，其中，操作臂和脱扣臂的接触力点沿操作臂的纵向方向成阶梯形变化，从而在电磁体单元的吸引动作过程中与衔铁和接触端片之间的间隙长度的变化配合；其中，通过在吸引动作的前半部分(其中间隙长度是大的)将接触力点设定在操作臂的基部侧而使施加给衔铁的载荷保持在低水平上，而在吸引动作的后半部分(其中间隙长度是小的)将接触力点移动至操作臂的末端侧。断路器的电磁脱扣装置的一个特定方面是，设置在电磁体单元的衔铁上的操作臂和设置在脱扣横杆上的脱扣臂从相对方向延伸，以使互相面对，当操作臂是一直线臂时，成阶梯形变化的一阶梯部分沿脱扣臂的纵向方向形成于面对操作臂一侧的脱扣臂上。
按照上述结构，当在电磁体单元吸引动作中驱动脱扣横杆到释放位置时，在吸引动作的前半部分(衔铁和接触端片之间的间隙长度是大的而电磁吸引力是小的)，操作臂和脱扣横杆的脱扣臂之间的接触力点位于操作臂的基部侧，这意味着由脱扣横杆施加给电磁体单元的衔铁的力矩按照杠杆原理保持在低值上。因此，即使电磁体是具有相当小吸引力的小容量电磁体，也可通过操作臂将脱扣横杆的脱扣臂推动至释放位置而不会使衔铁中途悬置。
另一方面，当衔铁的吸引动作继续而间隙长度减少时，与衔铁连接的操作臂的倾斜角度变化，操作臂与脱扣臂邻接的接触力点移动至操作臂的末端。因此，当由脱扣横杆侧施加给衔铁的力矩变大和衔铁的间隙长度变小时，电磁体的吸引力也增加，而脱扣横杆可能被驱动至最终位置而没有困难。
换句话说，通过沿操作臂的纵向方向改变上述操作臂和脱扣臂之间的接触力点，以便在电磁体单元的吸引动作过程中与衔铁和接触端片之间的间隙长度的变化配合，从而有可能使与驱动脱扣横杆从等待位置向到释放位置所需的功(力×距离)相等的衔铁载荷与电磁体的吸引力特性曲线一致，由此可有效地产生小额定容量电磁体的吸引力，使断路器执行脱扣动作。
如上所述，按照本发明，在断路器的电磁脱扣装置里，操作臂设置在给电磁体单元的摇杆式衔铁上，电磁体单元在检测到过电流时会执行吸引动作，而脱扣横杆的脱扣臂与操作臂互相面对，在电磁体单元的吸引动作过程中，操作臂推动脱扣横杆的脱扣臂，由此使开/关机构执行脱扣动作，其中，操作臂和脱扣臂的接触力点沿操作臂纵向方向成阶梯形变化，从而在电磁体单元的吸引动作过程中与衔铁与接触端片之间的间隙长度的变化配合；其中，通过在吸引动作的前半部分(其中间隙长度是大的)将接触力点设定在操作臂的基部侧而使施加给衔铁的载荷保持在低水平上，而在吸引动作的后半部分(其中间隙长度是小的)将接触力点移动至操作臂的末端侧。因此，通过在电磁体的吸引力特征和在断路器脱扣动作过程中、从脱扣横杆经脱扣臂和操作臂作用在电磁体的衔铁上的载荷量的型式之间巧妙地建立一致关系，即使电磁体单元采用小型的、小额定容量电磁体，也可有效地产生电磁体吸引力，使断路器可靠地执行脱扣动作，这样，除了使安装在断路器里的电磁脱扣装置小型化和给其提供小容量外，还有助于是使断路器小型化和促进经济地使用能量。
附图的简要说明
图1是显示按照本发明一个例子的电磁脱扣装置的结构和脱扣动作的一个说明性视图，其中，图1(a)至1(d)显示了该脱扣动作的不同方面；
图2是一特性曲线图，除了电磁体吸力，它显示了在图1中的电磁脱扣装置和现有技术中的电磁脱扣装置中的电磁体的间隙长度和衔铁的载荷量之间的关系；
图3是涉及本发明实施例主题的断路器的构造的剖视图；
图4是显示图3中的电磁体单元的组装结构的分解立体图；以及
图5是显示传统的断路器采用的电磁脱扣装置的结构和脱扣动作的说明性视图，其中，图5(a)至5(d)显示了该脱扣动作的不同方面。
【具体实施方式】
下面将参考图1和2所示的例子描述本发明的实施例。在图1中，与图5中相同的零件用相同的标号表示，有关它们的介绍被省略。
图1所示的例子中的电磁脱扣装置基本上与图5所示的结构相同，但从脱扣横杆8向下延伸的并面向电磁体单元7的操作臂14a一侧的脱扣臂8a已改变成如下所述的形状。此外，图1(a)至1(d)分别显示了与图5(a)至5(d)对应的动作状态。
换句话说，附图所示的例子中的脱扣臂8a的臂端面对从下向上直立的操作臂14a，而在设定脱扣臂8a的长度并使其面对操作臂14a的纵向中心部分后(在图5的传统结构里，脱扣臂8a的末端与操作臂14a的末端互相面对)，在纵向方向作阶式变化的阶梯部分8a-1也在相对操作臂14a的表面上形成。
下面描述使用这种结构的脱扣动作。首先，图1(a)显示了一种稳定状态，与图5(a)中的电磁体单元相同的电磁体单元7的衔铁14从接触端片12a退回，而操作臂14a以向右倾斜的姿态悬置在离开脱扣横杆8的脱扣臂8a的位置上。这样，当过电流在主电路里流过时，电磁体单元7的吸引动作开始，操作臂14a沿逆时针方向摆动，而衔铁14的铰接部分作为支点O，从而处于图1(b)所示的位置，而操作臂14a的中间部分(中心部分)与脱扣臂8a的末端碰撞并推动该末端。在这种情况下，操作臂14a与脱扣臂8a之间的接触力点是P1，而由来自脱扣横杆8的、通过操作臂14a作用在衔铁14上的力矩是施加在接触力点P1上的力(反作用力)和从操作臂14a的支点O至接触力点P1的距离的乘积。
另一方面，当电磁体的吸引动作继续进行、使操作臂14a的倾斜角度由于衔铁14被吸引到图1(c)所示的位置而改变时，操作臂14a与脱扣臂8a互相邻接的点移动至上述的阶梯部分8a-1，而操作臂14a与脱扣臂8a之间的接触力点从P1移动至P2。当这种状态呈现时，由脱扣横杆8通过操作臂14a作用在衔铁14上的力矩是施加给接触力点P2的力和从衔铁14的支点至接触力点P2之间的距离的乘积，与图1(b)相比较，该载荷量增加了。当衔铁14如图1(d)所示那样固定在接触端片12a上时，闩锁接受器9的连接片9a和脱扣横杆8的卡爪8b之间的连接以与图5(d)所示相同的方式终止，而闩锁接受器9由于偏压弹簧而沿逆时针方向摆动，由此释放触头开/关机构的闩锁。结果，开/关机构执行脱扣动作，而主电路电流被切断。
这里，当绘出由于上述吸引动作而产生的衔铁的载荷量并显示在图2中的特性曲线图中时，得出特性曲线D。特性曲线D上的点D1和D2分别对应于图1(b)和1(c)中的状态。由此可知，与衔铁离开接触端片的间隙长度g对应的衔铁的载荷量如图所示作阶梯形变化，在间隙长度g大的吸引动作的前半部分(接触力点P1)，衔铁的载荷量小，而在间隙长度g减少的吸引动作的后半部分(接触力点P2)，载荷量增加，根据这种阶梯形的载荷图形，脱扣横杆8由于电磁体单元7的吸引动作而被驱动至释放位置。此外，通过使衔铁的载荷量在吸引动作的前半部分保持在低水平上，即使在采用小额定容量电磁体时，吸引力特性曲线(线B)和载荷量特性曲线(线D)也不会在中途相交，虽然载荷量在吸引动作的后半部分增加，由于电磁体的吸引力也增加，脱扣横杆可被驱动至最终位置而没有困难。
此外，本发明不限于附图所示的例子的结构。虽然在附图所示的例子里，设定接触力点P1和P2的阶梯形部分形成于脱扣臂8a上，但这种阶梯部分也可形成于操作臂14a上。此外，接触力点的设置数量也可划分成三点或更多点，从而与电磁体的吸引力特性曲线配合。